[发明专利]一种低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法

说明书

本发明涉及低温制冷和气体储运领域，具体涉及一种低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法，使用该低温高压气体储存方法及由该低温高压气体储罐设计方法设计出的储罐，可以对待储存气体进行压缩、预冷后进行储运，极大降低了气体储运成本。特别是对于氢气，若以高于13MPa的压力和接近35K的温度进行储运，则此时氢气的密度高于液氢的密度；若以接近20MPa的压力和接近80K的温度进行储运，则氢气密度接近50g/L，这一密度高于70MPa下的常温加注密度(40g/L)且在运输里程为300‑950km时相对高压氢储运和液氢储运具有明显的经济性。

技术领域

本发明涉及低温制冷和气体储运领域，具体而言，涉及一种低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法。

背景技术

氢气、甲烷等燃烧值高的清洁能源，近年来需求与日俱增。特别是氢气，除传统的航空航天和低温超导领域外，被广泛应用于石油化工、冶金电子、运载工具中的燃料电池等领域，甲烷则被越来越广泛的应用于电厂发电、居民供暖等领域，氮气、液氮甚至液化空气等也被用于新型零排放汽车等。目前的气体储运方法包括常压、低压(低于2MPa)液态储运和常温(250-300K)、高压(高于2MPa，通常为20MPa)储运以及固体材料吸附储运等。

其中液态储运的优点在于单次运输量大(在使用相同总重的运载工具情况下)，运输效率高，因而运输成本低，但其缺点在于液化成本高，特别是诸如氦气、氢气、氖气等液化温度低且在空气和天然气中含量又少的气体，其液化成本更高，如氢气的液化成本高于10元/kg，氦气更是高于100元/kg，这样的成本明显高于传统的汽油等燃料的成本，对于民用汽车的燃料电池和助推剂是难以承受的，而且要想将气体液化，需要的设备也多，其初步投资同样是巨大的，更重要的是对于氢气等易燃易爆气体，低温液体由于蒸发而使气体弥散在空气内而带来安全隐患。

常温高压储运的优点在于压缩成本低，设备只需要压机及其冷却系统而不需要制冷系统，其初步投资也小很多且不存在因蒸发而带来的安全隐患，但缺点在于储运密度低，单次运输量小(在使用相同总重的运载工具情况下)，运输效率低，因而运输成本高，如常温高压氢气储运，将每1kg的氢气运输100km的运输费就要2元左右，这样运输500km的运费也要超过10元左右。

发明内容

本发明实施例提供了一种低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法，以至少解决现有气体储运成本较高的技术问题。

根据本发明的一实施例，提供了一种低温高压气体储存方法，包括以下步骤：

对待储存气体进行压缩，将储存气体的储存压力大于2Mpa；

对储存气体进行预冷，将储存气体的储存温度介于4-150K之间。

或方法包括以下步骤：

对待储存气体进行预冷；

对预冷后的储存气体进行压缩，将储存气体的储存压力大于2Mpa；

对压缩后的储存气体进行二次预冷，将储存气体的储存温度介于4-150K之间。

进一步地，对储存气体进行预冷可采用但不限于R134a，LNG或液氮。

进一步地，该方法还包括：

分离预冷后的储存气体，将一部分进行储藏，将其余部分膨胀至压缩前压力并进行回流；

对回流气体冷却后进行复温，形成制冷循环。

进一步地，该方法还包括以下步骤：

将恢复到常温和压缩前压力的回流气体与补充的气体进行汇合，重复压缩、预冷、分离膨胀和复温步骤，形成制冷循环。

根据本发明的另一实施例，提供了一种低温高压气体储罐设计方法，包括以下步骤：